La fabricación de aisladores compuestos para aplicaciones de líneas aéreas es principalmente un proceso impulsado por máquinas. Los factores clave incluyen la calidad del equipo, los moldes y los subcomponentes, que incluyen la barra central de FRP, el material polimérico de la carcasa (ya sea caucho de alta consistencia o caucho de silicona líquida) y los accesorios metálicos de los extremos. A diferencia de los aisladores de porcelana y vidrio, la escala de operación es mucho más pequeña y también hay mucha menos necesidad de procesamiento y manipulación intermedios. Esto ha facilitado comparativamente la entrada en este segmento comercial y ayuda a explicar por qué ahora hay cientos de proveedores de tales aisladores en todo el mundo. La mayoría de estos se encuentran en China, que también es el mercado más grande del mundo para aisladores compuestos.

Existen dos tecnologías alternativas cuando se trata de la producción de aisladores compuestos de varilla larga aplicados en líneas aéreas. Lo más común es ver la carcasa completa moldeada en la barra central en una sola toma o en múltiples tomas en una máquina de moldeo por inyección especializada. El otro, conocido como el "enfoque modular", ve cobertizos premoldeados deslizados sobre una varilla de FRP a la que ya se le ha extruido una capa de material de silicona. Luego, los cobertizos se unen en ubicaciones exactas a lo largo de la varilla para lograr la geometría y la fuga deseadas del aislador.

Los problemas principales para los fabricantes de aisladores compuestos incluyen una alta tasa de conformidad, un bajo desperdicio de materias primas costosas y el tiempo de ciclo más corto posible. Todos determinan la productividad de la máquina y del trabajador, así como la calidad y el costo del producto final.

La tasa de conformidad es una buena medida del nivel general de control de calidad en una planta. Un factor que puede afectar negativamente a la conformidad durante el moldeo por inyección, por ejemplo, es el aire que queda atrapado en el material viscoso de silicona HCR a medida que se mueve desde la unidad de relleno y plastificación hacia la cavidad del molde.

La función de la unidad de plastificación para aisladores fabricados con una carcasa de silicona de caucho de alta consistencia (HCR) es hacer que el material viscoso llegue a un estado en el que pueda fluir mejor hacia el molde, al mismo tiempo que elimina las burbujas de aire que puedan desarrollarse durante el proceso. Desde la unidad de plastificación, la silicona se transmite para su inyección a un sistema de colada fría que asegura la misma presión en cada boquilla de inyección y también optimiza la utilización del material, reduciendo así el desperdicio.

Otro posible problema de conformidad es el desplazamiento de la varilla, que se produce si la varilla de FRP, con o sin accesorios finales ya engarzados, se desplaza del centro de la cavidad del molde debido a la vibración excesiva de la máquina. El cierre por el método de movimiento hacia abajo del molde superior ayuda a garantizar que la barra se mantenga quieta antes de la inyección. También se necesita un control preciso de la velocidad de inyección, así como de la temperatura y la presión de la silicona inyectada.

A medida que aumentan los volúmenes de pedidos, la capacidad de los equipos de moldeo para manejar cantidades de producción cada vez mayores con un tiempo de inactividad mínimo y con un alto índice de conformidad se vuelve crítica. Por lo tanto, estas son consideraciones clave que influyen en la compra de nuevos equipos de moldeo por inyección. Por ejemplo, ahora se han diseñado máquinas para moldear grandes cantidades de aisladores de línea de 220 kV en un solo tiro de inyección o, alternativamente, aisladores de 500 kV en dos tiros. De hecho, la productividad de las máquinas de inyección para la fabricación de aisladores de línea compuesta ha mejorado continuamente desde la década de 1990, cuando se trataba principalmente de adaptaciones de equipos utilizados para moldear productos para otras aplicaciones.

Actualmente, la maquinaria de moldeo por inyección se ha vuelto altamente especializada para cumplir mejor con los objetivos de producción que incluyen el manejo de grandes volúmenes con un alto índice de conformidad y la mayor productividad posible. Al mismo tiempo, el rápido crecimiento del mercado internacional de aisladores compuestos ha cambiado la filosofía de producción de muchos proveedores. Por ejemplo, en el pasado puede haber sido suficiente para satisfacer la demanda de diferentes tipos y tamaños de aisladores en la misma máquina. Pero ahora, frente a una mayor demanda internacional, los fabricantes reconocen los beneficios de las máquinas especializadas capaces de trabajar de manera más eficiente con su formulación y dureza de material patentadas, lo que puede influir en el sistema de plastificación e inyección. Además, una máquina especializada para diferentes aplicaciones de aisladores de media o alta tensión puede maximizar mejor la productividad al permitir que los mismos artículos se fabriquen en grandes volúmenes.

Por ejemplo, un fabricante que había utilizado equipos de moldeo de una generación anterior para producir aisladores de 220 kV en un solo disparo vio aumentar la tasa de conformidad del producto en un 23 % y el tiempo del ciclo de producción disminuyó en un 30 % después de convertir a una máquina de nueva generación. En otro caso, un proveedor de aisladores compuestos de 11 kV solía trabajar con una máquina de moldeo por inyección adaptada de 400 toneladas que tenía una productividad diaria de 900 piezas y un promedio de 36 g de flash en cada producto. Después de convertir a una máquina más avanzada de 360 ​​toneladas, la productividad aumentó a 2300 piezas por día, mientras que el desperdicio se redujo a solo unos 5 g de flash por artículo.

Optimizar el proceso de moldeo por inyección requiere un control preciso de la presión, la velocidad y el volumen de inyección de la máquina, ya que todos afectan la calidad y el costo. Algunos problemas de calidad se observan fácilmente en forma de destello excesivo, aire atrapado, escasez de material, color desigual y raspaduras en la superficie. Pero otros son más difíciles de detectar solo por su apariencia. Estos incluyen daños en la barra o falta de concentricidad, adherencia insuficiente entre la barra y la carcasa, curado desigual o quemado.

De hecho, la adhesión insuficiente de la carcasa a la varilla se ha señalado recientemente como una de las principales causas de fallas de este tipo de aisladores.

Otra consideración importante en la selección de la máquina es la facilidad de mantenimiento, de modo que todo el trabajo se pueda realizar a nivel del suelo sin necesidad de escalar o trabajar desde una altura. Esto también afecta la seguridad y la ergonomía de los trabajadores. Llenar la embutidora es una tarea que puede suponer un riesgo y ser físicamente exigente para los trabajadores que tienen que levantar y empujar continuamente una gran masa de materia prima de silicona.

Dependiendo de si el material polimérico del cobertizo es HCR o caucho de silicona líquida (LSR), también se pueden exigir mayores exigencias a los equipos auxiliares, como las unidades de dosificación. Estos incluyen lograr presiones de dosificación más altas para mejorar la estabilidad del proceso y, al mismo tiempo, permitir un cambio más fácil de los barriles del material de silicona. Por ejemplo, la mezcla de componentes puede ser crítica y eso significa que pueden ser necesarios dos o incluso tres mezcladores estáticos. Esto, a su vez, requiere más presión de la máquina o, de lo contrario, la dosificación podría ser demasiado lenta y las cavidades del molde podrían no llenarse correctamente durante el ciclo de curado del producto. Es por eso que algunos fabricantes prefieren la dosificación volumétrica con una carrera de bomba controlada electrónicamente para asegurar una mezcla perfecta. De lo contrario, puede quedar algún residuo en uno de los barriles cuando el otro ya está vacío, lo que genera un desperdicio de material costoso.

El molde en sí juega un papel importante en la determinación de la calidad y la productividad. Se incorpora una gran cantidad de tecnología en cada diseño de molde y los proveedores de moldes trabajan con los clientes para desarrollar moldes para reducir el tiempo de inactividad de la máquina y aumentar la productividad. Por lo general, se debe evitar el cambio frecuente de molde y el uso de moldes que contienen diferentes cavidades para producir una variedad de piezas al mismo tiempo puede ahorrar tiempo de cambio de molde, limpieza y calentamiento.

Se espera que un molde típico dure unos 15 años frente a los 25 a 30 años de vida útil de una máquina de inyección de caucho típica. Pero para lograr una vida útil tan eficaz, el molde debe manipularse con cuidado, ya que el riesgo de daño es mayor durante procesos como la limpieza o el cambio de molde. La mayoría de los fabricantes de aisladores no tienen un servicio de moldes interno y, en cambio, los envían al proveedor para su reparación o mantenimiento periódico para garantizar que siempre estén en buenas condiciones.

Mirando hacia el futuro de esta tecnología de producción, los proveedores de máquinas de inyección esperan seguir un concepto básico en el que la mayoría de los equipos que suministran se basan en componentes estandarizados pero combinados para satisfacer mejor las diferentes necesidades de los clientes. Los ejemplos incluyen agregar un sistema deslizante para un mejor acceso para la alimentación de insertos y un desmoldeo más fácil o cuando los elementos que se moldean son de múltiples componentes, como partes conductoras con silicona sobremoldeada, como en el caso de algunos accesorios para cables.

Otros desarrollos en el moldeo de componentes eléctricos, como aisladores, incluirán una mayor automatización aguas abajo para reducir las tasas de rechazo al eliminar cualquier posible influencia adversa del trabajador. Los artículos todavía están calientes cuando salen del molde, lo que significa que corren un mayor riesgo de sufrir daños por un manejo inadecuado.

Tecnología de montaje modular

El proceso de fabricación de ensamblaje modular comienza con la inspección de control de calidad de las varillas de FRP en busca de defectos como huecos o inclusiones, como también se hace con la otra tecnología de fabricación. Posteriormente, estos se rectifican al diámetro requerido, asegurando que cada uno quede perfectamente redondo. En el siguiente paso, se aplica una imprimación para garantizar la unión a una capa de caucho de silicona que se extruye sobre la varilla con un espesor definido con precisión.

Una máquina controla todo el proceso, incluida la velocidad a la que se produce la extrusión. Se aplica presión constante a la varilla para lograr una unión perfecta y la silicona se cura a alta temperatura. Al final, el proceso tiene como objetivo garantizar una concentricidad perfecta y un grosor constante de la capa de silicona. Luego, las varillas extruidas se transfieren a un horno donde tiene lugar la unión química final entre la varilla y el caucho. Luego se cortan a las longitudes requeridas, de acuerdo con el tipo de aisladores que se fabricarán aguas abajo.

En un proceso de producción separado, los cobertizos de silicona se moldean en una variedad de geometrías y líneas de fuga para adaptarse a una gama de diferentes requisitos de aplicaciones de CA o CC. El siguiente paso es el más importante y se basa en máquinas especialmente diseñadas para colocar todos los cobertizos en sus respectivas posiciones a lo largo de la varilla de acuerdo con el diseño final del aislador. Esta tecnología específica de procesos y máquinas varía de un proveedor a otro y se considera altamente estratégica ya que implica un considerable conocimiento de fabricación.

En un caso, por ejemplo, se aplica una pasta de vulcanización a alta temperatura en el interior de cada cobertizo antes de insertarlo en la máquina para mejorar la unión entre las dos siliconas. Se aplica otra pasta vulcanizante a la varilla extruida en lugares precisos identificados por un láser antes de que se inserte a través de los centros de cada cobertizo en la máquina de ensamblaje. Luego, el aislador completamente ensamblado se lleva a otra estación para limpiarlo y verificar que tanto el primer como el último cobertizo estén colocados donde se supone que deben estar.

Finalmente, la unidad se transfiere a un horno de alta temperatura durante varias horas para garantizar una perfecta unión química entre las dos siliconas. El control de calidad en este paso consiste en pruebas destructivas de muestras aleatorias para verificar la unión. El último paso de producción es engarzar y aplicar un sellador de silicona en el punto triple entre el accesorio final, la varilla y la silicona para garantizar que no entre humedad en esta ubicación crítica.

Comparación de Tecnologías

Hay diferentes puntos de vista sobre qué tecnología de fabricación es superior: moldeo por inyección o ensamblaje modular. Los proveedores del enfoque modular argumentan que uno de los beneficios clave de esta tecnología es que la unión crítica entre la barra central y la silicona se puede controlar y verificar fácilmente, algo que es más difícil o incluso imposible de hacer con el moldeo por inyección de toda la carcasa. . La fabricación modular también permite una gama más amplia de posibles geometrías de cobertizos y diseños de aisladores, sin una gran inversión correspondiente en muchos moldes costosos diferentes.

Por otro lado, quienes fabrican una sola carcasa inyectada afirman que este enfoque da como resultado menos interfaces críticas donde pueden surgir problemas potenciales. Al final, ambas tecnologías, si se ejecutan correctamente, garantizarán aisladores compuestos de alta calidad que funcionarán según lo previsto.

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